Лабораторна робота №4

Екстракція бензолу етиленгліколем

4.1 Мета і задачі роботи

Мета: засвоєння і поглиблення теоретичного матеріалу з процесу екстракції; набуття експериментальних навичок проведення екстракції суміші рідин (гексан і бензол). В результаті виконання лабораторної роботи студент повинен

знати:

- призначення, суть і методи екстракції;

- використання екстракції на підприємствах нафтогазового комплексу;

- будову і роботу екстракційної колони;

- вплив параметрів на процес екстракції;

вміти:

- правильно вибирати параметри для оптимального проведення процесу;

- оцінювати результати проведення процесу на лабораторній установці;

- проводити розрахунок екстракції за допомогою трикутної діаграми.

 

4.2 Теоретичні основи

4.2.1 Призначення і суть процесу

Процес екстракції служить для розділення суміші рідин, які мають однакову або близькі температури кипіння, на окремі компоненти за допомогою розчинника. Екстракція полягає в тому, що суміш рідин, що розділяється, змішується з розчинником. В якості розчинника вибирається рідина, яка розчиняє один з компонентів суміші, а інші не розчиняє, або розчиняє частково. Після відстоювання уся маса розділяється на два шари з границею розділу фаз. Нижній шар складається з розчинника і розчиненого в ньому одного з компонентів суміші. Цей продукт називається екстрактним розчином. Верх--ній шар складається з непоглинутих компонентів суміші і невеликої кількості розчинника. Цей продукт називається рафінатним розчином. Якщо у подальшому розділити екстрактний і рафінатний розчини та відігнати від них розчинник, то можна одержати чисті компоненти, які складають вихідну суміш.

Процес екстракції проводиться в екстракційних колонах або в системі апаратів типу “ зміщувач-відстійник ”. В нафтогазовому комплексі процес екстракції використовується для очистки олив фенолом, фурфуролом або N- метилпіролідоном від АСР, деасфальтизації гудрону рідким пропаном, вилучення ароматичних вуглеводнів з реформатів (продукту каталітичного реформінгу) або конденсатів за допомогою етиленгліколю.

 

4.2.2 Методи екстракції

 

В залежності від кількості ступенів екстракції і способів їх з’єднання розрізняють наступні методи екстракції: однократну, багатократну і протитічну.

При однократній екстракції (рис.4.1а) вихідна сировина G в один прийом обробляється заданою кількістю розчинника L у змішувачі 3-1. Утворену в результаті змішування суміш розділяють у відстійнику В-1 на рафінатний R і екстрактний S розчини, які відводять з апарату в ректифікаційні колони К-1 і К-2 для відгонки розчинника і одержання рафінату R₀ і екстракту S₀. Розчинник знову повертається в процес.

Прибагатократній екстракції (рис. 4.1б) вихідна сировина G і відповідні рафінатні розчини R₁, R₂ обробляються порцією свіжого розчинника L на кожній ступені екстракції, де є змішувачі 3-1... 3-3 і відстійники В-1...В-3. При цьому рафінатний розчин з даної ступені екстракції направляється в наступну ступінь, а екстрактні розчини S₁, S₂ , S₃ після кожної ступені екстракції виводяться з системи. При такому способі обробки вихідна сировина G поступає на першу ступінь екстракції, а кінцевий рафінатний розчин R₃ відбирається з останньої ступені.

При даній екстракції можна одержати кращу якість рафінату порівняно з однократною, але вихід кінцевого рафінату зменшується.

Протитічна екстракція (рис.4.1в) характеризується багатократним контактуванням у протитоці відповідних рафінатних і екстрактних розчинів. При цьому розчинник подається тільки в останній змішувач 3-3, кінцевий рафінатний розчин R₃ виводиться з відстійника В-3, а кінцевий екстрактний розчин – з відстійника В-1.

Протитічна екстракція забезпечує одержання продуктів найвищої якості із максимальним виходом.

 

 

З-1..З-3 – змішувачі; В-1..В-3 – відстійники; К-1, К-2 – ректифікаційні колони; G – сировина; L – розчинник; R, R₁..R₃ – рафінатні розчини; S, S₁..S₃ – екстрактні розчини; R₀ – рафінат; S₀ – екстракт

 

Рисунок 4.1 – Методи екстракції: а – однократна; б – багатократна; в – протитічна

4.2.3 Параметри, які впливають на процес

На процес екстракції впливають наступні параметри: температура, співвідношення між витратою розчинника і витратою вихідної суміші, якість розчинника. При збільшенні температури зростає розчинна здатність розчинника. При цьому в одиниці об’єму розчинника буде розчинятися більше компоненту, який вилучається, і витрата розчинника в процесі зменшиться. Але при збільшенні температури знижується селективність розчинника, і в ньому починають розчинятися і інші компоненти суміші. Крім того, при збільшенні температури вище критичної, зникає границя розділу фаз і неможливо буде розділити рафінатний і екстрактний розчини.

При зниженні температури спостерігається зворотній процес. Так як розділення за допомогою екстракції може проходити лише при умові, що розчинник і сировина утворюють гетерогенну систему, необхідно вибирати таку температуру, яка забезпечу достатньо високу селективність (вибірковість) та розчинну здатність розчинника. Температура екстракції регулюється кількістю теплоносія, що подається в теплообмінник для підігріву розчинника.

Якщо витрата розчинника буде недостатньою, то не весь компонент, який вилучається, перейде із сировини в розчинник. При великій витраті розчинника починають в ньому розчинятися й інші компоненти суміші. За рахунок цього якість одержуваних продуктів погіршується. Крім того, зростають експлуатаційні затрати зв’язані з перекачкою і регенерацією розчинника. Співвідношення розчинник/сировина складає 2, 5...4, 5 і регулюються кількістю сировини, що поступає в екстракційний апарат.

Якість розчинника характеризується розчинною здатністю і селективністю. Розчинна здатність розчинника – це здатність його розчиняти в одиниці маси певну кількість компоненту. Селективність або вибірковість – це здатність його розчиняти тільки певний компонент суміші, а інші не розчиняти. Чим вища селективність розчинника, тим більш чітко розділяються компоненти при контакті з розчинником. Вищій розчинності розчинника відповідає більший коефіцієнт роз-приділення К. Коефіцієнт розприділення – відношення концентрації компонента в екстрактному розчинні Х₁ до концентрації компоненту в рафінатному розчині Х₂:

(4.1)

Він визначається експериментально і залежить від природи системи, її складу та температури.

Чим вища розчинна здатність розчинника, тим більшу масу компоненту, який вилучається, можна в ньому розчинити і тим, відповідно, менша витрата розчинника.

Селективність і розчинність розчинника залежать від температури. При підвищенні температури селективність знижується, а розчинність зростає.

 

4.3 Опис лабораторної установки

 

Екстракцію проводять в колбі 1, яка обладнана механічною мішанкою 2, що приводиться в рух електродвигуном 3. Кількість обертів мішалки регулюється ЛАТРом 4. Колба 1 має бокові горловини 5 і 6 для термометра 7 і для заливу суміші та розчинника. Відстоювання і розділення рафінатного та екстрактного розчинів проводять у ділильній лійці 8, яка кріпиться на штативі 9. Відгонку від розчинника екстракту проводять на апараті, який складається з колби 10 з відростком, термометра 11, холодильника 12, мірного циліндра 13, газового пальника 14 (рис. 4.2).